计算机科学概论（第12版）

绪0论　绪论　1
0.1　算法的作用　1
0.2　计算机器的由来　3
0.3　学习大纲　6
0.4　计算机科学的首要主题　7
0.4.1　算法　8
0.4.2　抽象　9
0.4.3　创新　9
0.4.4　数据　10
0.4.5　程序设计　10
0.4.6　因特网　10
0.4.7　影响　11
社会问题　11
课外阅读　13
第1章　数据存储　14
1.1　位和位存储　14
1.1.1　布尔运算　14
1.1.2　门和触发器　15
1.1.3　十六进制记数法　18
1.2　主存储器　19
1.2.1　存储器结构　19
1.2.2　存储器容量的度量　20
1.3　海量存储器　21
1.3.1　磁系统　21
1.3.2　光系统　22
1.3.3　闪存驱动器　23
1.4　用位模式表示信息　24
1.4.1　文本的表示　24
1.4.2　数值的表示　26
1.4.3　图像的表示　27
1.4.4　声音的表示　27
*1.5　二进制系统　29
1.5.1　二进制记数法　29
1.5.2　二进制加法　30
1.5.3　二进制中的小数　31
*1.6　整数的存储　32
1.6.1　二进制补码记数法　33
1.6.2　余码记数法　35
*1.7　小数的存储　37
1.7.1　浮点记数法　37
1.7.2　截断误差　38
*1.8　数据与程序设计　40
1.8.1　Python入门　41
1.8.2　你好，Python　41
1.8.3　变量　42
1.8.4　运算符和表达式　43
1.8.5　货币转换　44
1.8.6　调试　44
*1.9　数据压缩　45
1.9.1　通用的数据压缩技术　45
1.9.2　图像压缩　47
1.9.3　音频和视频压缩　48
*1.10　通信差错　49
1.10.1　奇偶校验位　49
1.10.2　纠错码　50
复习题　52
社会问题　55
课外阅读　56
第2章　数据操控　57
2.1　计算机体系结构　57
2.1.1　CPU基础知识　57
2.1.2　存储程序概念　58
2.2　机器语言　59
2.2.1　指令系统　60
2.2.2　一种演示用的机器语言　61
2.3　程序执行　64
2.3.1　程序执行的一个例子　65
2.3.2　程序与数据　67
*2.4　算术/逻辑指令　69
2.4.1　逻辑运算　69
2.4.2　循环移位运算及移位运算　70
2.4.3　算术运算　71
*2.5　与其他设备通信　72
2.5.1　控制器的作用　72
2.5.2　直接存储器存取　74
2.5.3　握手　74
2.5.4　流行的通信媒介　74
2.5.5　通信速率　75
*2.6　数据操控编程　76
2.6.1　逻辑运算和移位运算　76
2.6.2　控制结构　77
2.6.3　输入和输出　79
2.6.4　马拉松训练助手　80
*2.7　其他体系结构　82
2.7.1　流水线　82
2.7.2　多处理器机器　83
复习题　84
社会问题　89
课外阅读　90
第3章　操作系统　91
3.1　操作系统的历史　91
3.2　操作系统的体系结构　94
3.2.1　软件概述　94
3.2.2　操作系统组件　96
3.2.3　系统启动　98
3.3　协调机器的活动　100
3.3.1　进程的概念　100
3.3.2　进程管理　100
*3.4　处理进程间的竞争　102
3.4.1　信号量　102
3.4.2　死锁　103
3.5　安全性　105
3.5.1　来自外部的攻击　106
3.5.2　来自内部的攻击　106
复习题　108
社会问题　110
课外阅读　110
第4章　组网及因特网　112
4.1　网络基础　112
4.1.1　网络分类　112
4.1.2　协议　113
4.1.3　组合网络　115
4.1.4　进程间通信的方法　117
4.1.5　分布式系统　118
4.2　因特网　118
4.2.1　因特网体系结构　119
4.2.2　因特网编址　120
4.2.3　因特网应用　122
4.3　万维网　126
4.3.1　万维网实现　126
4.3.2　HTML　127
4.3.3　XML　129
4.3.4　客户端和服务器端的活动　130
*4.4　因特网协议　132
4.4.1　因特网软件的分层方法　132
4.4.2　TCP/IP协议簇　134
4.5　安全性　136
4.5.1　入侵的形式　136
4.5.2　防护和对策　137
4.5.3　加密　138
4.5.4　网络安全的法律途径　140
复习题　142
社会问题　143
课外阅读　144
第5章　算法　146
5.1　算法的概念　146
5.1.1　非正式的回顾　146
5.1.2　算法的正式定义　147
5.1.3　算法的抽象本质　148
5.2　算法的表示　148
5.2.1　原语　149
5.2.2　伪代码　151
5.3　算法的发现　154
5.3.1　问题求解的艺术　155
5.3.2　迈出第一步　156
5.4　迭代结构　159
5.4.1　顺序搜索算法　159
5.4.2　循环控制　160
5.4.3　插入排序算法　164
5.5　递归结构　167
5.5.1　二分搜索算法　167
5.5.2　递归控制　171
5.6　效率和正确性　174
5.6.1　算法效率　174
5.6.2　软件验证　177
复习题　180
社会问题　185
课外阅读　185
第6章　程序设计语言　186
6.1　历史回顾　186
6.1.1　早期程序设计语言　186
6.1.2　机器无关和超越机器无关　188
6.1.3　程序设计范型　189
6.2　传统的程序设计概念　192
6.2.1　变量和数据类型　193
6.2.2　数据结构　195
6.2.3　常量和字面量　196
6.2.4　赋值语句　197
6.2.5　控制语句　198
6.2.6　注释　201
6.3　过程单元　202
6.3.1　函数　202
6.3.2　参数　203
6.3.3　有返回值的函数　205
6.4　语言实现　207
6.4.1　翻译过程　207
6.4.2　软件开发包　212
6.5　面向对象程序设计　213
6.5.1　类和对象　213
6.5.2　构造器　216
6.5.3　附加特性　217
*6.6　程序设计并发活动　218
*6.7　说明性程序设计　220
6.7.1　逻辑推演　220
6.7.2　Prolog　222
复习题　224
社会问题　227
课外阅读　228
第7章　软件工程　229
7.1　软件工程学科　229
7.2　软件生命周期　231
7.2.1　周期是个整体　231
7.2.2　传统的开发阶段　232
7.3　软件工程方法学　234
7.4　模块化　236
7.4.1　模块式实现　236
7.4.2　耦合　238
7.4.3　内聚　239
7.4.4　信息隐藏　239
7.4.5　构件　240
7.5　行业工具　241
7.5.1　较老的工具　241
7.5.2　统一建模语言　242
7.5.3　设计模式　246
7.6　质量保证　247
7.6.1　质量保证的范围　247
7.6.2　软件测试　248
7.7　文档　249
7.8　人机界面　250
7.9　软件所有权和责任　252
复习题　254
社会问题　256
课外阅读　257
第8章　数据抽象　258
8.1　基本数据结构　258
8.1.1　数组和聚合　258
8.1.2　列表、栈和队列　259
8.1.3　树　260
8.2　相关概念　261
8.2.1　抽象　261
8.2.2　静态结构与动态结构　261
8.2.3　指针　262
8.3　数据结构的实现　263
8.3.1　存储数组　263
8.3.2　存储聚合　265
8.3.3　存储列表　266
8.3.4　存储栈和队列　268
8.3.5　存储二叉树　270
8.3.6　操控数据结构　272
8.4　一个简短的案例　273
8.5　定制的数据类型　277
8.5.1　用户定义的数据类型　277
8.5.2　抽象数据类型　278
8.6　类和对象　280
*8.7　机器语言中的指针　282
复习题　284
社会问题　287
课外阅读　288
第9章　数据库系统　290
9.1　数据库基础　290
9.1.1　数据库系统的重要性　290
9.1.2　模式的作用　291
9.1.3　数据库管理系统　292
9.1.4　数据库模型　293
9.2　关系模型　294
9.2.1　关系设计中的问题　294
9.2.2　关系运算　297
9.2.3　SQL　300
*9.3　面向对象数据库　302
*9.4　维护数据库的完整性　304
9.4.1　提交/回滚协议　304
9.4.2　锁定　305
*9.5　传统的文件结构　307
9.5.1　顺序文件　307
9.5.2　索引文件　309
9.5.3　散列文件　310
9.6　数据挖掘　313
9.7　数据库技术的社会影响　314
复习题　316
社会问题　319
课外阅读　320
第10章　计算机图形学　321
10.1　计算机图形学的范围　321
10.2　3D图形概述　322
10.3　建模　324
10.3.1　单个物体的建模　324
10.3.2　整个场景的建模　327
10.4　渲染　329
10.4.1　光－表面交互　329
10.4.2　裁剪、扫描转换和隐藏面的
消除　331
10.4.3　着色　333
10.4.4　渲染－流水线硬件　334
*10.5　处理全局照明　335
10.5.1　光线跟踪　336
10.5.2　辐射度　337
10.6　动画　338
10.6.1　动画基础　338
10.6.2　动力学和运动学　339
10.6.3　动画制作过程　340
复习题　341
社会问题　342
课外阅读　343
第11章　人工智能　344
11.1　智能与机器　344
11.1.1　智能体　344
11.1.2　研究方法　346
11.1.3　图灵测试　346
11.2　感知　347
11.2.1　理解图像　347
11.2.2　语言处理　349
11.3　推理　352
11.3.1　产生式系统　352
11.3.2　搜索树　354
11.3.3　启发式法　356
11.4　其他研究领域　360
11.4.1　知识的表达和处理　360
11.4.2　学习　361
11.4.3　遗传算法　362
11.5　人工神经网络　363
11.5.1　基本特性　363
11.5.2　训练人工神经网络　365
11.5.3　联想记忆　367
11.6　机器人学　369
11.7　后果的思考　371
复习题　372
社会问题　376
课外阅读　377
第12章　计算理论　378
12.1　函数及其计算　378
12.2　图灵机　380
12.2.1　图灵机的原理　380
12.2.2　丘奇-图灵论题　382
12.3　通用程序设计语言　383
12.3.1　Bare Bones语言　383
12.3.2　用Bare Bones语言编程　385
12.3.3　Bare Bones的通用性　385
12.4　一个不可计算的函数　387
12.4.1　停机问题　387
12.4.2　停机问题的不可解性　388
12.5　问题的复杂性　391
12.5.1　问题复杂性的度量　391
12.5.2　多项式问题与非多项式问题　394
12.5.3　NP问题　395
*12.6　公钥密码学　397
12.6.1　模表示法　398
12.6.2　RSA公钥密码学　399
复习题　400
社会问题　403
课外阅读　404
附录A　ASCII码　405
附录B　用于处理二进制补码表示的电路　406
附录C　一种简单的机器语言　408
附录D　高级程序设计语言　410
附录E　迭代结构与递归结构的等价性　412
索引　414
内容提要
目　录
绪0论　绪论　1
0.1　算法的作用　1
0.2　计算机器的由来　3
0.3　学习大纲　6
0.4　计算机科学的首要主题　7
0.4.1　算法　8
0.4.2　抽象　9
0.4.3　创新　9
0.4.4　数据　10
0.4.5　程序设计　10
0.4.6　因特网　10
0.4.7　影响　11
社会问题　11
课外阅读　13
第1章　数据存储　14
1.1　位和位存储　14
1.1.1　布尔运算　14
1.1.2　门和触发器　15
1.1.3　十六进制记数法　18
1.2　主存储器　19
1.2.1　存储器结构　19
1.2.2　存储器容量的度量　20
1.3　海量存储器　21
1.3.1　磁系统　21
1.3.2　光系统　22
1.3.3　闪存驱动器　23
1.4　用位模式表示信息　24
1.4.1　文本的表示　24
1.4.2　数值的表示　26
1.4.3　图像的表示　27
1.4.4　声音的表示　27
*1.5　二进制系统　29
1.5.1　二进制记数法　29
1.5.2　二进制加法　30
1.5.3　二进制中的小数　31
*1.6　整数的存储　32
1.6.1　二进制补码记数法　33
1.6.2　余码记数法　35
*1.7　小数的存储　37
1.7.1　浮点记数法　37
1.7.2　截断误差　38
*1.8　数据与程序设计　40
1.8.1　Python入门　41
1.8.2　你好，Python　41
1.8.3　变量　42
1.8.4　运算符和表达式　43
1.8.5　货币转换　44
1.8.6　调试　44
*1.9　数据压缩　45
1.9.1　通用的数据压缩技术　45
1.9.2　图像压缩　47
1.9.3　音频和视频压缩　48
*1.10　通信差错　49
1.10.1　奇偶校验位　49
1.10.2　纠错码　50
复习题　52
社会问题　55
课外阅读　56
第2章　数据操控　57
2.1　计算机体系结构　57
2.1.1　CPU基础知识　57
2.1.2　存储程序概念　58
2.2　机器语言　59
2.2.1　指令系统　60
2.2.2　一种演示用的机器语言　61
2.3　程序执行　64
2.3.1　程序执行的一个例子　65
2.3.2　程序与数据　67
*2.4　算术/逻辑指令　69
2.4.1　逻辑运算　69
2.4.2　循环移位运算及移位运算　70
2.4.3　算术运算　71
*2.5　与其他设备通信　72
2.5.1　控制器的作用　72
2.5.2　直接存储器存取　74
2.5.3　握手　74
2.5.4　流行的通信媒介　74
2.5.5　通信速率　75
*2.6　数据操控编程　76
2.6.1　逻辑运算和移位运算　76
2.6.2　控制结构　77
2.6.3　输入和输出　79
2.6.4　马拉松训练助手　80
*2.7　其他体系结构　82
2.7.1　流水线　82
2.7.2　多处理器机器　83
复习题　84
社会问题　89
课外阅读　90
第3章　操作系统　91
3.1　操作系统的历史　91
3.2　操作系统的体系结构　94
3.2.1　软件概述　94
3.2.2　操作系统组件　96
3.2.3　系统启动　98
3.3　协调机器的活动　100
3.3.1　进程的概念　100
3.3.2　进程管理　100
*3.4　处理进程间的竞争　102
3.4.1　信号量　102
3.4.2　死锁　103
3.5　安全性　105
3.5.1　来自外部的攻击　106
3.5.2　来自内部的攻击　106
复习题　108
社会问题　110
课外阅读　110
第4章　组网及因特网　112
4.1　网络基础　112
4.1.1　网络分类　112
4.1.2　协议　113
4.1.3　组合网络　115
4.1.4　进程间通信的方法　117
4.1.5　分布式系统　118
4.2　因特网　118
4.2.1　因特网体系结构　119
4.2.2　因特网编址　120
4.2.3　因特网应用　122
4.3　万维网　126
4.3.1　万维网实现　126
4.3.2　HTML　127
4.3.3　XML　129
4.3.4　客户端和服务器端的活动　130
*4.4　因特网协议　132
4.4.1　因特网软件的分层方法　132
4.4.2　TCP/IP协议簇　134
4.5　安全性　136
4.5.1　入侵的形式　136
4.5.2　防护和对策　137
4.5.3　加密　138
4.5.4　网络安全的法律途径　140
复习题　142
社会问题　143
课外阅读　144
第5章　算法　146
5.1　算法的概念　146
5.1.1　非正式的回顾　146
5.1.2　算法的正式定义　147
5.1.3　算法的抽象本质　148
5.2　算法的表示　148
5.2.1　原语　149
5.2.2　伪代码　151
5.3　算法的发现　154
5.3.1　问题求解的艺术　155
5.3.2　迈出第一步　156
5.4　迭代结构　159
5.4.1　顺序搜索算法　159
5.4.2　循环控制　160
5.4.3　插入排序算法　164
5.5　递归结构　167
5.5.1　二分搜索算法　167
5.5.2　递归控制　171
5.6　效率和正确性　174
5.6.1　算法效率　174
5.6.2　软件验证　177
复习题　180
社会问题　185
课外阅读　185
第6章　程序设计语言　186
6.1　历史回顾　186
6.1.1　早期程序设计语言　186
6.1.2　机器无关和超越机器无关　188
6.1.3　程序设计范型　189
6.2　传统的程序设计概念　192
6.2.1　变量和数据类型　193
6.2.2　数据结构　195
6.2.3　常量和字面量　196
6.2.4　赋值语句　197
6.2.5　控制语句　198
6.2.6　注释　201
6.3　过程单元　202
6.3.1　函数　202
6.3.2　参数　203
6.3.3　有返回值的函数　205
6.4　语言实现　207
6.4.1　翻译过程　207
6.4.2　软件开发包　212
6.5　面向对象程序设计　213
6.5.1　类和对象　213
6.5.2　构造器　216
6.5.3　附加特性　217
*6.6　程序设计并发活动　218
*6.7　说明性程序设计　220
6.7.1　逻辑推演　220
6.7.2　Prolog　222
复习题　224
社会问题　227
课外阅读　228
第7章　软件工程　229
7.1　软件工程学科　229
7.2　软件生命周期　231
7.2.1　周期是个整体　231
7.2.2　传统的开发阶段　232
7.3　软件工程方法学　234
7.4　模块化　236
7.4.1　模块式实现　236
7.4.2　耦合　238
7.4.3　内聚　239
7.4.4　信息隐藏　239
7.4.5　构件　240
7.5　行业工具　241
7.5.1　较老的工具　241
7.5.2　统一建模语言　242
7.5.3　设计模式　246
7.6　质量保证　247
7.6.1　质量保证的范围　247
7.6.2　软件测试　248
7.7　文档　249
7.8　人机界面　250
7.9　软件所有权和责任　252
复习题　254
社会问题　256
课外阅读　257
第8章　数据抽象　258
8.1　基本数据结构　258
8.1.1　数组和聚合　258
8.1.2　列表、栈和队列　259
8.1.3　树　260
8.2　相关概念　261
8.2.1　抽象　261
8.2.2　静态结构与动态结构　261
8.2.3　指针　262
8.3　数据结构的实现　263
8.3.1　存储数组　263
8.3.2　存储聚合　265
8.3.3　存储列表　266
8.3.4　存储栈和队列　268
8.3.5　存储二叉树　270
8.3.6　操控数据结构　272
8.4　一个简短的案例　273
8.5　定制的数据类型　277
8.5.1　用户定义的数据类型　277
8.5.2　抽象数据类型　278
8.6　类和对象　280
*8.7　机器语言中的指针　282
复习题　284
社会问题　287
课外阅读　288
第9章　数据库系统　290
9.1　数据库基础　290
9.1.1　数据库系统的重要性　290
9.1.2　模式的作用　291
9.1.3　数据库管理系统　292
9.1.4　数据库模型　293
9.2　关系模型　294
9.2.1　关系设计中的问题　294
9.2.2　关系运算　297
9.2.3　SQL　300
*9.3　面向对象数据库　302
*9.4　维护数据库的完整性　304
9.4.1　提交/回滚协议　304
9.4.2　锁定　305
*9.5　传统的文件结构　307
9.5.1　顺序文件　307
9.5.2　索引文件　309
9.5.3　散列文件　310
9.6　数据挖掘　313
9.7　数据库技术的社会影响　314
复习题　316
社会问题　319
课外阅读　320
第10章　计算机图形学　321
10.1　计算机图形学的范围　321
10.2　3D图形概述　322
10.3　建模　324
10.3.1　单个物体的建模　324
10.3.2　整个场景的建模　327
10.4　渲染　329
10.4.1　光－表面交互　329
10.4.2　裁剪、扫描转换和隐藏面的
消除　331
10.4.3　着色　333
10.4.4　渲染－流水线硬件　334
*10.5　处理全局照明　335
10.5.1　光线跟踪　336
10.5.2　辐射度　337
10.6　动画　338
10.6.1　动画基础　338
10.6.2　动力学和运动学　339
10.6.3　动画制作过程　340
复习题　341
社会问题　342
课外阅读　343
第11章　人工智能　344
11.1　智能与机器　344
11.1.1　智能体　344
11.1.2　研究方法　346
11.1.3　图灵测试　346
11.2　感知　347
11.2.1　理解图像　347
11.2.2　语言处理　349
11.3　推理　352
11.3.1　产生式系统　352
11.3.2　搜索树　354
11.3.3　启发式法　356
11.4　其他研究领域　360
11.4.1　知识的表达和处理　360
11.4.2　学习　361
11.4.3　遗传算法　362
11.5　人工神经网络　363
11.5.1　基本特性　363
11.5.2　训练人工神经网络　365
11.5.3　联想记忆　367
11.6　机器人学　369
11.7　后果的思考　371
复习题　372
社会问题　376
课外阅读　377
第12章　计算理论　378
12.1　函数及其计算　378
12.2　图灵机　380
12.2.1　图灵机的原理　380
12.2.2　丘奇-图灵论题　382
12.3　通用程序设计语言　383
12.3.1　Bare Bones语言　383
12.3.2　用Bare Bones语言编程　385
12.3.3　Bare Bones的通用性　385
12.4　一个不可计算的函数　387
12.4.1　停机问题　387
12.4.2　停机问题的不可解性　388
12.5　问题的复杂性　391
12.5.1　问题复杂性的度量　391
12.5.2　多项式问题与非多项式问题　394
12.5.3　NP问题　395
*12.6　公钥密码学　397
12.6.1　模表示法　398
12.6.2　RSA公钥密码学　399
复习题　400
社会问题　403
课外阅读　404
附录A　ASCII码　405
附录B　用于处理二进制补码表示的电路　406
附录C　一种简单的机器语言　408
附录D　高级程序设计语言　410
附录E　迭代结构与递归结构的等价性　412
索引　414